Вплив підготовки кромок на напружено-деформований стан паяних з'єднань оцинкованих труб польових магістральних трубопроводів

Abstract

Основною проблемою з’єднання труб із цинковим покриттям методом дугового зварювання є забезпечення корозійної стійкості шва та збереження захисного покриття на прилягаючих до шва ділянках. Дана проблема може бути вирішена шляхом застосування технології дугового паяння, яка дозволяє на 30% зменшити температурний вплив та забезпечити достатньо високу міцність з’єднань – практично на рівні з основним металом. Напружено-деформований стан трубопроводу визначається характеристиками внутрішніх та зовнішніх навантажень, основним серед яких є внутрішній тиск. В даній роботі напружено-деформований стан дугопаяних з’єднань оцинкованих труб досліджується імітаційним моделюванням, методом кінцевих елементів. Досліджувались паяні з’єднань труб діаметром 150мм із низьколегованої сталі 16ГС та швами з матеріалів CuAl8 та CuSi3, які навантажувались внутрішнім тиском 9МПа. Результати досліджень показали, що при використанні стандартної V-подібної форми кромок найбільша концентрація колових напружень виникає на зовнішній стінці труб між швом та основним металом. Для зменшення колових напружень та зміни їх концентрації було проведено оптимізацію форми кромок. Запропонована оптимізована форма кромок дозволила зменшити величину колових напружень та змінити їх розподіл, а саме: колові напруження концентруються та рівномірно розподіляються по нижній кромці труб, що підвищить їх міцність та тривалість експлуатації.

Основная проблема соединения труб с цинковым покрытием методом дуговой сварки – обеспечение коррозионной стойкости шва и сохранение защитного покрытия на околошовных участках. Даная проблема может быть решена применением технологии дуговой пайки, которая позволяет на 30% уменьшить температурное влияние и обеспечить достаточно высокую прочность соединений – практически на уровне с основным металлом. Напряженно-деформированное состояние трубопровода определяется характеристиками внутренних и внешних нагрузок, основной среди которых является внутреннее давление. В данной роботе исследуется напряженно-деформированное состояние дуго-паянных соединений оцинкованных труб путем имитацион ного моделирования способом конечных элементов. Исследовали паянные соединения труб с диаметром 150 мм из низколегированной стали 16ГС и швами из материалов CuAl8 и CuSi3, которые нагружались внутренним давлением 9МПа. Результаты исследований показали, что при использовании стандартной V-образной формы кромок наибольшая концентрация кольцевых напряжений возникает на внешней стенке труб между швом и основным металлом. Для уменьшения кольцевых напряжений и изменения их концентрации оптимизирована форма кромок. Предложенная оптимизированная форма кромок позволила уменьшить величину кольцевых напряже- ний и изменить их распределение. А именно, кольцевые напряжения концентрируются та равномерно распределяются по нижней кромке труб, что повысит их прочность и продолжительность эксплуатации.

The main problem of the zinc-covered pipe connections, using arc welding, is providing the welded joint corrosion resistance and preserving of the protective cover on the adjacent areas. This problem may be solved using the arc brazing technology, allowing to reduce by 30 per cent the temperature impact and provide a rather high strength of joints at the level of the base metal. The stress-strain state of the pipeline is determined by the characteristics of internal and external pressures, the main of which is the internal pressure. In this article the stress-strain state of arc-brazed joints of galvanized pipes by simulation of the finite element method was studied. Brazed pipe joints with a diameter of 150 mm from the low-alloy steel 16 HS and joints of materials CuiAl8 and CuSi3, loaded by the internal pressure 9 MPa were studied. The research results showed that by using standard V-shaped edges, the largest concentration of a circular tension occurs on the pipe outer wall, between the welded joint and the base metal. To reduce the circular tension and change its concentration, the optimization of edges shape was conducted. The proposed optimized form of edges allowed to reduce the value of the circular tension and change its distribution. Namely, the circular tension is concentrated and evenly distributed along the bottom edge of pipes, thus, increasing their strength and service life.